M33M33 高密度分子ガス観測にむけて 高密度分子ガス観測にむけて

Dense Cloud Formation & Global Star Formation in M33Dense Cloud Formation & Global Star Formation in M33

田村陽一田村陽一 (( 東大・天文東大・天文 M1M1, ALMA-J/NAOJ), ALMA-J/NAOJ)

第第 44 回 銀河ショップ 回 銀河ショップ @ @ 北海道大学北海道大学

October 18-19, 2004October 18-19, 2004

M33M33 R.A.R.A. Decl.Decl. TypeType DistanceDistance InclinationInclination DiameterDiameter

Weak bulgeWeak bulge• No SMBH? No SMBH? (Merritt et al. 2001)(Merritt et al. 2001)

Huge star forming region Huge star forming region in outer diskin outer disk• NGC 604, NGC595..NGC 604, NGC595..

0101hh 34 34mm

+30+30oo 40' 40'

SA(s)cdSA(s)cd

0.85Mpc0.85Mpc

5656oo

71'x42'71'x42'

M33M33

Spitzer/IRAC (3.6, 4.5, 8 um)Spitzer/IRAC (3.6, 4.5, 8 um) HαHα

Cheng et al. 1996Cheng et al. 1996Polomski et al. 2004Polomski et al. 2004

M33M33

NGC604NGC604

HST/STScIHST/STScI

Why M33?Why M33?

なにより近い．なにより近い． GMCGMC の空間分布が直接わかる．の空間分布が直接わかる．

• InclinationInclination が小さい．が小さい．

• Disk/armDisk/arm の存在の存在

すばる望遠鏡で個々の星が分解されている．すばる望遠鏡で個々の星が分解されている．• High-mass star? / low-mass star?High-mass star? / low-mass star?

• Color → Type → Age of GMCs Color → Type → Age of GMCs

比較的低赤緯 → 比較的低赤緯 → ALMAALMA へへ

NMA/NMA/ すばるによる高分解能観測によって，現時点で最すばるによる高分解能観測によって，現時点で最も詳細にも詳細に星形成の大局的な描像星形成の大局的な描像を知りうる唯一の銀河を知りうる唯一の銀河 ..

GMCs in M33GMCs in M33

C. Wilson et al. w/ OVRO arrayC. Wilson et al. w/ OVRO array• 系外銀河系外銀河 GMCGMC の先駆的研究　の先駆的研究　

The BIMA All-Disk Survey (Engargiola et al. 2003)The BIMA All-Disk Survey (Engargiola et al. 2003)• 1212CO(1-0)CO(1-0)

• 148 GMCs detected148 GMCs detected Heyer et al. w/ FCRAO 14m (2004)Heyer et al. w/ FCRAO 14m (2004)

• DiffuseDiffuse な成分も検出な成分も検出

• M(HM(H22) = 2.6x10) = 2.6x1088 M Moo

MWMW に類似した性質に類似した性質• Size, Mass,…Size, Mass,…

GMCs in M33GMCs in M33

BIMA on FCRAO14m (Engargiola et al. 2003, Heyer et al. 2004)BIMA on FCRAO14m (Engargiola et al. 2003, Heyer et al. 2004)

Wilson & Wilson & ScovilleScoville

NGC505NGC505NGC604NGC604

The BIMA All-Disk SurveyThe BIMA All-Disk Survey

(Engargiola et (Engargiola et al. 2003)al. 2003)

148GMCs dete148GMCs detectedcted

MMmoleculemolecule

　　 =4.5x10=4.5x1077 MMoo

2.5x102.5x1044MMoo - 8x - 8x

101055MMoo

Lifetime = 10-Lifetime = 10-20 Myr20 MyrEngargiola et al. 2003, Deul & der Hulst 1987

GMC Mass Spectrum of M33GMC Mass Spectrum of M33

dN/dM=K(M/MdN/dM=K(M/Moo))-α-α

• α=2.6 for M33α=2.6 for M33

3x103x1044-8x10-8x1066 M Moo

~2000 GMCs~2000 GMCs

Index αIndex α• 1.5-1.8 for MW1.5-1.8 for MW

(e.g. Solomon et al. 1987)(e.g. Solomon et al. 1987)

• 1.5(1.9)±0.5 for LMC1.5(1.9)±0.5 for LMC

(Mizuno et al. 2001)(Mizuno et al. 2001)Engargiola et al. 2003

GMC Formation in M33GMC Formation in M33

The BIMA Survey II (Rosolowsky et al. 2004)The BIMA Survey II (Rosolowsky et al. 2004)• BIMA C array (4" resolution ⇔ 20pc)BIMA C array (4" resolution ⇔ 20pc)

• 20 GMCs resolved20 GMCs resolved

• Size, Line width → Virial massSize, Line width → Virial mass

• Angular momentumAngular momentum

HI gasHI gas の凝集の凝集 理論より角運動量が小さい．理論より角運動量が小さい．

• GMCGMC 形成理論に対する大きな制限形成理論に対する大きな制限

• 磁場によるブレーキ磁場によるブレーキ ??

Star Formation in M33Star Formation in M33

Schmidt LawSchmidt Law• ΣΣSFRSFR ∝ (Σ ∝ (Σmoleculemolecule))nn

• nn=0.9±0.1 (Engargiola et al. 2003)=0.9±0.1 (Engargiola et al. 2003)

• nn=1.36±0.08 (Heyer et al. 2004)=1.36±0.08 (Heyer et al. 2004)

SFR = 0.24 SFR = 0.24 MMoo yr yr-1-1

分子ガス消費時間 分子ガス消費時間 = 1.9x10= 1.9x1088 yr yr• 比較的短い．比較的短い．

• Mass spectrumMass spectrum と関連と関連 ??

Star Formation in M33Star Formation in M33

GMC ⇔ HII region offsGMC ⇔ HII region offset Δret Δr• 典型的には典型的には ~150pc~150pc

ΔrΔr

GMCGMC

HII regionHII region

Engargiola et al. 2003Engargiola et al. 2003

Phase Transitions of Gases Phase Transitions of Gases and Star Formation in Armsand Star Formation in Arms

GMCGMC

Dense gas / CoreDense gas / Core

Star formationStar formation

HIHI

Wilson & Scoville 1991Wilson & Scoville 1991

175 pc175 pc

Dense Molecular Gas Dense Molecular Gas Observation with Nobeyama Observation with Nobeyama Millimeter ArrayMillimeter Array

Phase Transitions of Gases Phase Transitions of Gases and Star Formation in Armsand Star Formation in Arms

HI filamentsHI filaments GMCsGMCs Dense Molecular CloudsDense Molecular Clouds

• 1313CO, HCN, HCOCO, HCN, HCO++

……and Star formationand Star formation• Hα / free-free emissionHα / free-free emission

Main sequence starsMain sequence stars• Subaru/Suprime-CamSubaru/Suprime-Cam

GMCGMC

Dense gas / CoreDense gas / Core

Star formationStar formation

HIHI

Phase Transitions of Gases Phase Transitions of Gases and Star Formation in Armsand Star Formation in Arms

ClockClock• (OB) Stars(OB) Stars

すばるすばる /Suprime-Cam/Suprime-Cam

• Arm - HII region offsetArm - HII region offset 江草ほか江草ほか

• なんてん なんてん ~ GMC phases~ GMC phases Yamaguchi et al. 2001Yamaguchi et al. 2001

GMCGMC

Dense gas / CoreDense gas / Core

Star formationStar formation

HIHI

Dense Gas Observation Dense Gas Observation with NMAwith NMA

ArmArm にそってにそって• GMCGMC を複数個を複数個

• 似た似た mass/sizemass/size のものを選択のものを選択

GasGas の流れを追うの流れを追う• ガスの時間変化ガスの時間変化 // 進化進化 // 相転相転

移移

大規模星形成領域大規模星形成領域• Pre- Star FormationPre- Star Formation

• Ongoing Star FormationOngoing Star Formation

• Post- Star FormationPost- Star Formation

NMA FoV@110GHz

Dense Gas Observation Dense Gas Observation with NMAwith NMA

Spir

al A

rmSpir

al A

rm

Dense Molecular GasDense Molecular Gas

GMCGMC

Young StarsYoung Stars

HII RegionHII Region

How are GMCs in Extra-Galaxies How are GMCs in Extra-Galaxies seen with ALMA?seen with ALMA?

The Local Group GalaxiesThe Local Group Galaxies

~0.1" Resolution ⇔ 0.4 pc ~ 1x10~0.1" Resolution ⇔ 0.4 pc ~ 1x1055 AU @ M33 (0.85Mp AU @ M33 (0.85Mpc)c)• MCMC の内部構造の内部構造 (clump, filament,..)(clump, filament,..) まで見える．まで見える．• 系内系内 GMCGMC 研究への歩み寄り研究への歩み寄り (( 相補的相補的 ))• [CI] line[CI] line

GMC forming stage, Photo-Dissociation RegionGMC forming stage, Photo-Dissociation Region

OMC w/ 1mOMC w/ 1m M33 w/ ALMAM33 w/ ALMA

DistanceDistance 390 pc390 pc 0.85 Mpc0.85 Mpc

ResolutionResolution 9'9' 0.1 "0.1 "

(linear)(linear) 1 pc1 pc 0.4 pc0.4 pc

Nearby Galaxies with D<20MpcNearby Galaxies with D<20Mpc

~0.1" Resolution ⇔ 10 pc @ Virgo (20Mpc)~0.1" Resolution ⇔ 10 pc @ Virgo (20Mpc)• FoV of ALMA = 40" ⇔ 4kpcFoV of ALMA = 40" ⇔ 4kpc• 前述の前述の NMANMA やや BIMABIMA のの M33M33 の観測をの観測を Virgo clusterVirgo cluster で．で．

数数 ~10~10 視野程度で視野程度で diskdisk 全体をカバーできる．全体をカバーできる． 11 視野あたり視野あたり ~10~1022 GMCs! GMCs!

• 銀河ごとの銀河ごとの GMCGMC の性質を統計的に議論することが可の性質を統計的に議論することが可能．能．

Flocculent ⇔ Grand-design ?Flocculent ⇔ Grand-design ? GMC mass spectrumGMC mass spectrum Schmidt lawSchmidt law

SummarySummary

M33/disk galaxyM33/disk galaxy におけるにおける銀河規模の銀河規模の GMCGMC の諸性質の諸性質が見えてきた．が見えてきた．

The BIMA All-Disk SurveyThe BIMA All-Disk Survey C. Wilson et al. w/ OVRO C. Wilson et al. w/ OVRO

The Local Group GalaxiesThe Local Group Galaxies• MWMW と相補的と相補的

Nearby galaxiesNearby galaxies• 様々な銀河で様々な銀河で 101033-10-1044 GMC GMC を統を統

計的に扱うことが可能に．計的に扱うことが可能に．

ArmArm におけるガス進化・におけるガス進化・大局的な星形成をこれか大局的な星形成をこれから見たい．ら見たい．

Dense gas observation w/ Dense gas observation w/ NMANMA

より小さいスケールへより小さいスケールへ

より多くのサンプルをより多くのサンプルを